Способ определения теплофизических характеристик строительных материалов конструкций

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИЙ, согласно которому вводят в соприкосновение поверхности эталонного тела и исследуемой конструкции, подают тепловой импульс и регистрируют изменение температуры в плоскости их. соприкосновения , вычисляет величины коэффициента тепловой активности, а затем вычисляют искомые характеристики (температуропроводность, теплопроводность и теплоемкость), о т личающийся тем, что,с целью повьииения точности определения теплофизических характеристик мате -sV 0 1ад6п кр «/ риала конструкций, регистрацию изменения температуры производят в двг, различных промежутка времени: в первый, когда с 2 р , при этом вычисляют величину коэффициента тепловой активности по формуле Ьи7Т -Ь. (1) «bt,Ht1i и во второй, когда ь кр , при этом вычисляют величину коэффициента: температуропроводности по формуле Ьм п1 Ъ, -expHVlto,-n). г здесь k{: - избыточная температура в центре плоского импульсногс. источ (П ника тепла;g - количество тепла, выделенное импульсным источником; R - радиус кругового импульсного источника тепла, эквивалентного по площади действительному плоскому центрально-симметричному источнику; индексы э и м относятся соответственно к материалам эталонного те-. ла и конструкции; - момент вреND мени, значение которого исчисляют N0 с момента возникновения теплового импульса и определяют по итерацион ной формуле :л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11), 3(51) G 01 N 25/18

«

) э 1 кь

ii )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (3 ь

„(° ) 1) -йу 40 Ва 1кp /

Ьэt Ъ„

Ф 1, -

1 (-екрзначении избыточной температуры в начальный момент измерительного периода; коэффициент, вычисляемый по формуле (2) при значении избыточной температуры в конечный момент измерительного периода, индекс, соответствующий номеру интерации; определяется из условия (-((саь л n-q ) к чувствительность прибора; абсолютная ошибка измерения температуры; коэффициент, вычисляемый по формуле (1) при где 1с 4- )) и

4(л а1

Ьм—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3628997/18-25 (22) 21.07.83 (46) 07.11.84. Бюл.9 41 (72) 10.Д.Ясин и Н.Н.Кузнецова (71) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР (53) 536.6(088.8) (56) 1. Дмитрович А.Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов, М., Стройиздат, 1963, с.95-108.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 800846, кл. G 01 N 25/18, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИЙ, Согласно которому вводят в соприкосновение поверхности эталонного тела и исследуемой конструкции, подают тепловой импульс и регистрируют изменение температуры в плоскости их соприкосновения, вычисляют величины коэф-.

Фициента тепловой активности, а затем вычисляют искомые характеристики (температуропроводность, тейло. проводность и теплоемкость), о т— л и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения точности определения теплофизических характеристик материала конструкций, регистрацию изменения температуры производят в дв;, различных промежутка времени: в первый, когда (, <, при этом вычисляют величину коэффициента тепловой активности по формуле

-Ь (1) м а „@, и во второй, когда к к кр, при этом. вычисляют величину коэффициента температуропроводности по формуле здесь а Э вЂ” избыточная температура ю

O в центре плоского импульсног : источника тепла; g - количество тепла, выделенное импульсным нсточником)

R — - радиус кругового импульсного источника тепла, эквивалентного по площади действительному плоскому центрально-симметричному источнику; индексы э и м относятся соответ- ственно к материалам эталонного те-. ла и конструкции, c„p — момент времени, значение которого исчисляют с момента возникновения теплового импульса и определяют по итерационной формуле

Ьм

1122956

Ъ -Ь

А Д„, Э > ар„-й 4"ь8 (ЗО Э

М„-Я 4-erg(-((г((4а. г) (2) здесь а — избыточная температура в центре плоского импульсного источ35 ника тепла; — количество тепла, выделенное импульсным источником;

Р— радиус кругового импульсного источника тепла, эквивалентного по площади действительному плоскому

4() центрально-симметричному источнику; индексы э и а относятся соответственно к материалам эталонного тела и конструкции "ь„ — момент времени, значение которого исчис45 ляют с момента возникновения теплового импульса и определяют по итерационной формуле ам " E и; г определяется из л (n) л (и-1) л условия (- (ь где i 1 — и — индекс,соответству, ющий номеру итерации; у затем по полученным данным, пользуясь известными соотношениями, расИзобретение относится к определению теплофизических характеристик (теплопроводности, температуропроводности, теплоемкости) материалов в строительных конструкциях.

Известен способ определения теплофизических характеристик материалов путем создания теплового импульса и регистрации измерения температуры в исследуемом материале с последующим вычислением коэффициентов теплопроводности и температуропроводности (1) .

Однако укаэанный способ неприменим для определения теплофизических характеристик материалов непосредственно в строительных конструкциях без нарушения их целост.ности и нри одностороннем доступе к ним.

Наиболее близким к изобретению явЛяется способ определения теплофизических характеристик материалов конструкций путем введения в соприкосновение поверхностей эталонного тела и исследуемой конструкции, создания теплового импульса и регистрации изменения температуры в плоскости соприкосновения и пос; ледующего вычисления величины тепловой активности материала конструкции, одновременного измерения его диэлектрической. проницаемости и определения соответствующей объемной влажности, последующего вычисления искомых характеристик материала конструкции (теплопровоцностн,температуропроводности и теплоемкости) (2) .

Недостаток известного способа заключается в большой трудоемкости, обусловленной определением объемной влажности материала посредством измерения его диэлектрической проницаемости и невысокой

1 точности определения искомых теплофизических характеристик, Целью изобретения является повышение точности определения теплосчитывают коэффициент теплопроводности и объемную теплоемкость. физических характеристик материала конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических характеристик строительных материалов конструкций, при котором вводят в соприкосновение поверхности эталонного тела и исследуемой конструкции, подают. тепловой импульс и регистрируют изменения температуры в плоскости их соприкосновения, вычисляют величины коэффициента тепловой активности, а затем вычисляют искомые характеристики (температуронроводность, теплопро.— водность и темплоемкость), регистрацию изменения температуры производят в два различных промежутка времени". в первый, когда l < c gp gHpH этом вычисляют величину коэффициента тепловой активности по формуле и во, второй, когда кр, при этом вычисляют величину коэффициента температуропроводности по формуле

1122956 д - чувствительность прибора, М вЂ” абсолютная ошибка измерения температуры, коэффициент, вычисляемый по формуле (1) при значении избыточной температуры в на5 чальный момент измерительного периода; а„- коэффициент, вычисленный по формуле (2) при значении из-. быточной температуры в конечный момент измерительного периода, затем по полученным данным, пользуясь известными соотношениями, рассчитывают коэффициент теплопроводности 15 и объемную теплоемкость.

Расчетные формулы (1) и (2) для вычисления коэффициентов тепловой активности b и температуропроводно- 20 сти ом получены из решений следующих двух теплофизических задач.

Первое решение получено для системы иэ двух полубесконечных тел (эталонного и исследуемого) с импуль-25 сным плоским .источником тепла бесконечной площади, расположенного в плоскости их соприкосновения. Оно описывает изменение избыточной температуры в этой плоскости во времени в виде д . %

" (Ъ +b|„)КТ (4) При Ъ =Ьц-Ъ полученное решение совпадает с решением известной симметричной задачи.

Из (4) непосредственно получаем расчетное уравнение для определения коэффициента тепловой активности

Ьм (1) ° 40

Для той же системы тел, но с импульсным плоским источником тепла центрально-симметричной формы конечных размеров (круг, правильный многоугольник, получено решение в виде 45

g!-ЯТ д н

Ъ|П1-е р(е:11еЪ„It -еер(-, ß (50

Это решение в случае равенства теплофизических характеристик соприкасающихся тел (Ьз =Ь„= Ъ а = ам= а) совпадает с другим известньм решением симметричной задачи с импульсньв плоским источником тепла круговой, формы и конечного размера.

Из решения (-5) непосредственно получаем расчетное уравнение для определения коэффициента температуропроводности ам (2). бО

Представление плоского импульсного источника тепла бесконечным по площади допустимо в случае, котт

q 1 величинами вход

4а „1 входящими в формулу (5), можно пренебречь, при этом выражения (4) и (5) становятся идентичными °

Результаты расчетов по (4) и (5) совпадают, если невязка в значениях избыточных температур, рассчитанных по этим формулам, не превьдаает ошибки измерения температуры д, величина которой определяется классом измерительных приборов. Исходя из этих предпосылок получена формула (3) для определения

Способ осуществляется следующим образом.

Эталонное тело и исследуемую .конструкцию вводят во взаимное соприкосновение, образуя тепловой контакт.

В плоскости их соприкосновения соз" дают плоский тепловой импульс центрально-симметричной формы. Затем производят регистрацию изменения температуры в центре плоского источника тепла в два различных промежутка л л времени: в первый, когда при этом вычисляют величину коэффициента тепловой активности по форп n муле (1), и во второй, когда i l gp при этом с учетом ранее найденного значения Ь„ вычисляют величину коэффициента температуропроводности по формуле (2).

Используя полученные данные, далее расчетным путем определяют остальные теплофизические характеристики по формулам 1„=Ъ„- с .м 1Ч =Ъ„! 3а„, (6) где 1 — коэффициент теплопроводности исследуемого материала; (Сg)м — объемная теплоемкость исследуемого материала.

Точность предлагаемого способа существнно зависит от выбора параметров импульсного источника тепла и измерительных устройств. Так, от выбора радиуса импульсного источника и тепла зависит величина „, а следовательно, и относительные ошибки измерения времени и температуры дЛ

< д(н д м!

Кроме того, регулируя мощность 4 можно так изменить характеристику

Йн = 1, чтобы относительная ошибка измерения температуры не превышала заданную величину. е

Сравнение по точности предлагае- . мого способа с известным показало, что его применение даже при минималь. ном значении мощности импульсного источника тепла позволяет снизить погрешность определения теплофизических характеристик а„, %м,(су),„ в 1,5 — 2 раза.

Предлагаемый способ позволяет проводить определение искомых характеристик материалов непосредственно строительных конструкций без на 122956

Составитель В.Гусева

Редактор В.Ивановая Техред Э.Палий Корректор A.Tÿñêo

Заказ 8131/36 . Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113Q35 (Москва,Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная, 4 рушения их целостности и прн одностороннем доступе, при этом он по сравнению с известным способом позволяет снизить трудоемкость и ïîâûсить, точность определения искомых характеристик.

Предлагаемый способ может найти широкое применение в производственном контроле качества строительных изделий на предприятиях стройиндустрии и при натурных исследованиях ограждающих конструкций зданий.